JP2003259233A - 可変感度電磁波検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 比較的簡単な構成で、高感度設定時でも広ダ
イナミックレンジ特性が得られる可変感度電磁波検出装
置を提供すること。 【解決手段】 測定電磁波を変換素子で電荷に変換して
蓄積素子に蓄積し、この蓄積素子に蓄積された電荷を所
定の電圧に制限するクランプ回路を介して増幅回路に出
力するように構成された電磁波検出装置において、測定
電磁波の強弱に応じて前記クランプ回路の制限電圧と増
幅回路の増幅率を連動して変化させる調整部を有し、高
感度設定状態で広ダイナミックレンジが得られることを
特徴とするもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、可視光を含む電磁
波を電気信号に変換して出力する電磁波検出装置に関
し、詳しくは、明暗差あるいは強弱差の大きい電磁波の
測定にあたって測定感度を変化させた場合であっても広
いダイナミックレンジが得られる可変感度電磁波検出装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図６は、明暗差や強弱差の大きい電磁波
を測定するために、広いダイナミックレンジが得られる
ように構成された従来の電磁波検出装置の一例を示す構
成図である。図において、変換素子１１は可視光などの
電磁波を電荷に変換するものであり、例えばフォトダイ
オードを用いる。変換素子１１で変換された電荷は例え
ばコンデンサで構成される蓄積素子１２に蓄積され、蓄
積素子電圧Ｖ_ｃの変化となって現れる。

【０００３】蓄積素子電圧Ｖ_ｃは、予め設定された露出
時間が経過した後、例えばＦＥＴを用いた読み出し素子
１３によって読み出される。予め設定された露出時間と
は、例えば１秒間に３０回撮影する場合はおよそ１／３
０秒すなわち３３ｍｓに時間に相当し、さらに電子的に
絞りを構成する場合はこの３３ｍｓの１／ｍの時間に相
当する。なおｍは例えば整数である。

【０００４】読み出し素子１３によって読み出された電
圧は、増幅回路１６に入力される。増幅回路１６は、撮
影対象物の明るさに応じて最適な画像を撮影できるよう
に、その増幅率が可変調整される。なお各素子は、必要
に応じて共通電位点や電源端子Ｖ_ｄｄに接続されてい
る。

【０００５】クランプ制御電圧発生回路１５は、予め設
定された露出時間中、時間とともに変化する電圧を発生
する。例えばＦＥＴを用いたクランプ回路１４は、クラ
ンプ制御電圧発生回路１５の出力電圧に基づき、蓄積素
子電圧Ｖ_ｃの絶対値がそれぞれの時刻において所定の設
定電圧以上にならないように制限する。また、クランプ
制御電圧発生回路１５は、予め設定された露出時間の開
始時にはクランプ回路１４を導通させて、蓄積素子電圧
Ｖ_ｃを電源端子Ｖ_ｄｄと電圧をほぼ等しくさせるリセッ
ト素子としても動作する。

【０００６】図７は図６の動作説明図であり、（Ａ）の
縦軸は電圧Ｖを示し、横軸は時刻ｔを示している。ｔ_１
は第１の露出時刻、ｔ_２は第２の露出時刻、ｔ_３は終わ
りの露出時刻である。

【０００７】特性Ｖ_ｃ１は入射光強度の弱い光が入射し
た時の蓄積素子電圧Ｖ_ｃの時間変化を示し、特性Ｖ_ｃ２
は強い入射光強度の光が入射してクランプ回路１４が働
く場合の蓄積素子電圧Ｖ_ｃの時間変化を示し、特性Ｖ
_ｃ３は強い入射光強度の光が入射してクランプ回路１４
が働かない場合の蓄積素子電圧Ｖ_ｃの時間変化を示す。

【０００８】クランプ電圧Ｖ_ＣＰは、時間の経過ととも
に変化する。すなわち、ｔ_０から第１の露出時刻ｔ_１ま
での期間は第１のクランプ電圧Ｖ_ＣＰ１になり、第１の
露出時刻ｔ_１から第２の露出時刻ｔ_２までの期間は第２
のクランプ電圧Ｖ_ＣＰ２になり、第２の露出時刻ｔ_２か
ら終わりの露出時刻ｔ_３までの期間は飽和電圧Ｖ_ＳＴに
なる。なお、飽和電圧Ｖ_ＳＴは、蓄積素子電圧の絶対値
の取れる最大値である。

【０００９】蓄積素子電圧Ｖ_ｃの変化について説明す
る。ｔ_０から第１の露出時刻ｔ_１までの期間は、当初、
時間とともに蓄積素子電圧Ｖ_ｃの絶対値は増加するが、
第１のクランプ電圧Ｖ_ＣＰ１に到達するとクランプ回路
１４のクランプ制御によってこれ以上は増加しない。

【００１０】第１の露出時刻ｔ_１から第２の露出時刻ｔ
_２までの期間も、当初、時間とともにその絶対値は増加
するが、第２のクランプ電圧Ｖ_ＣＰ２に到達するとクラ
ンプ回路１４のクランプ制御によってこれ以上は増加し
ない。第２の露出時刻ｔ_２から終わりの露出時刻ｔ_３ま
での期間についても同様である。

【００１１】その結果、終わりの露出時刻ｔ_３における
出力電圧に着目すると、クランプ回路１４が動作しない
場合は飽和電圧Ｖ_ＳＴに到達して撮影範囲を超えてしま
うのに対して、クランプ回路１４が動作する場合はその
絶対値が飽和電圧Ｖ_ＳＴ以下に押さえられることにな
り、ダイナミックレンジは広がることになる。

【００１２】図７の（Ｂ）は入射光強度対出力電圧特性
例図であり、横軸に入射光強度ＩＳを示し、縦軸に出力
電圧Ｖを示している。なお出力電圧Ｖは、（Ａ）と対応
させている。

【００１３】入射光強度対出力電圧特性ＩＳＶに着目す
ると、入射光強度がＩＳ_１で弱い場合はクランプされず
にそのまま出力されるが、入射光強度がＩＳ_２で強い場
合はクランプされる結果圧縮され、飽和電圧Ｖ_ＳＴ以下
に押さえられてダイナミックレンジが広がっている。

【００１４】図８は図７の動作説明図のうちの入射光強
度が弱い場合を示したもので、図７と共通する部分には
同一の符号を付けている。特性Ｖ_ｃ４は弱い入射光強度
の光が入射した時の蓄積素子電圧Ｖ_ｃの時間変化を示
し、特性Ｖ_ｃ５は比較的強い入射光強度の光が入射した
時の蓄積素子電圧の時間変化Ｖ_ｃを示す。これら両特性
Ｖ_ｃ４，Ｖ_ｃ５はともにその入射光強度が弱いことか
ら、クランプされることはない。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、これら両特
性Ｖ_ｃ４，Ｖ_ｃ５は、それぞれその入射光強度が弱いこ
とから、感度を上げる目的で、図６の増幅回路１６の増
幅率を例えば４倍に設定することにより増幅される。

【００１６】しかし、特性Ｖ_ｃ５の出力は飽和電圧Ｖ
_ＳＴを越えてしまい、撮影できない。すなわち、ダイナ
ミックレンジが広がらないという問題がある。

【００１７】図８（Ｂ）の入射光強度対出力電圧特性Ｉ
ＳＶに着目すると、入射光強度がＩＳ_３で弱い場合はク
ランプされずにそのまま出力される。ところが、入射光
強度がＩＳ_４で強い場合もクランプされないことから、
飽和電圧Ｖ_ＳＴを越えてしまうことになる。

【００１８】例えば可視光を撮影する場合、日中の明る
い環境下においては明暗差が大きい対象物を広ダイナミ
ックレンジで撮影することができるが、夜間の暗い環境
下では出力信号を増幅する増幅回路１６を接続するため
にダイナミックレンジが狭くなってしまう。具体的に
は、例えば道路を走行する自動車のヘッドライト光と車
両の輪郭の両者を撮影しようとしても、ヘッドライト光
が抑圧されないので自動車の輪郭が撮影できなくなる。

【００１９】なお、電磁波検出装置の感度を高めるため
には変換素子１１の面積を大きくして変換素子の感度を
高めることが考えられるが、装置全体の面積が大きくな
り、製造プロセスでの不良品率も上昇してコストが上昇
する。また、装置全体の受光面の面積が大きくなると、
装置とともに使用する光学系の設計も複雑かつ困難にな
り、コストが上昇する。

【００２０】電磁波検出装置の感度を高める他の方法と
して、変換素子１１の感度を高めるために変換素子１１
の製造プロセスを高感度専用に変更することが考えられ
る。しかし、この場合、特殊な製造プロセスはコストが
上昇し、また同一基板上に形成する読み出し素子やリセ
ット端子などの他の素子の特性が劣化するおそれがあ
る。

【００２１】また、電磁波検出装置の感度を高める他の
方法として、変換素子１１の露出時間を長くすることも
考えられる。この場合、単位時間に測定あるいは撮影で
きる回数、すなわちフレームレートが減少するという問
題がある。

【００２２】本発明はこれらの問題点を解決するもので
あり、その目的は、比較的簡単な構成で、高感度設定時
でも広ダイナミックレンジ特性が得られる可変感度電磁
波検出装置を提供することにある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
る請求項１の発明は、測定電磁波を変換素子で電荷に変
換して蓄積素子に蓄積し、この蓄積素子に蓄積された電
荷を所定の電圧に制限するクランプ回路を介して増幅回
路に出力するように構成された電磁波検出装置におい
て、測定電磁波の強弱に応じて前記クランプ回路の制限
電圧と増幅回路の増幅率を連動して変化させる調整部を
有し、高感度設定状態で広ダイナミックレンジが得られ
ることを特徴とする。

【００２４】請求項２の発明は、入射した電磁波を電荷
に変換する変換素子と、この変換素子から変換出力され
る電荷を蓄積する蓄積素子と、この蓄積素子に蓄積され
た電荷を予め設定された時間後に読み出す読み出し素子
と、一端が前記蓄積素子に接続され、リセット制御端子
にオン電圧が印加されて前記蓄積素子にリセット電位を
与えるリセット素子と、可変設定されるクランプ制御電
圧に応じて前記蓄積素子の電圧の絶対値が設定値以上に
なることを制限するクランプ回路と、前記蓄積素子にク
ランプ制御電圧を印加するクランプ制御電圧発生回路
と、前記読み出し用素子の出力端子に接続された増幅率
が可変の増幅回路と、測定電磁波の強弱に応じて前記ク
ランプ回路の制限電圧と増幅回路の増幅率を連動して変
化させる調整部とで構成され、高感度設定状態で広ダイ
ナミックレンジが得られることを特徴とする可変感度電
磁波検出装置である。

【００２５】請求項３の発明は、請求項１または請求項
２記載の可変感度電磁波検出装置において、前記調整部
は、前記可変感度電磁波検出装置の出力電圧に応じて、
入射電磁波が強いときには前記増幅回路の増幅率を下げ
て、入射電磁波が弱いときには前記増幅回路の増幅率を
上げることにより、適正露出を得ることを特徴とする。

【００２６】これらにより、明暗差あるいは強弱差の大
きい電磁波の測定にあたって測定感度を変化させた場合
であっても、広いダイナミックレンジが得られる。

【００２７】請求項４の発明は、請求項１または請求項
２記載の可変感度電磁波検出装置において、少なくとも
前記変換素子と蓄積素子と読み出し素子とリセット素子
とクランプ回路がユニット化され、これら複数のユニッ
トが1次元に配置されたことを特徴とする。

【００２８】これにより、これらのユニットを選択する
選択回路と組み合わせることによって、測定感度を変化
させた場合であっても広いダイナミックレンジが得られ
る複数のユニットよりなる電磁波センサアレイが得られ
る。

【００２９】請求項５の発明は、請求項１または請求項
２記載の可変感度電磁波検出装置において、少なくとも
前記変換素子と蓄積素子と読み出し素子とリセット素子
とクランプ回路がユニット化され、これら複数のユニッ
トが２次元に配置されたことを特徴とする。

【００３０】これにより、これらのユニットを選択する
選択回路と組み合わせることによって、測定感度を変化
させた場合であっても広いダイナミックレンジが得られ
る複数のユニットよりなる平面状の電磁波センサが得ら
れる。

【発明の実施の形態】

【００３１】以下図面を用いて本発明を詳しく説明す
る。図１は本発明の実施の形態例を示す構成図であり、
図６と共通する部分には同一の符号を付けている。図１
と図６の異なる点は、図１では調整部１７を設けている
ことである。この調整部１７は、増幅回路１６の増幅率
の調整とクランプ制御電圧発生回路１５の出力電圧の絶
対値の調整とを同時に行う。

【００３２】すなわち、調整部１７は、入射光強度が比
較的弱い時には、可変感度電磁波検出装置を高感度に設
定するために増幅回路１６の増幅率を例えばｎ倍に設定
するとともに、クランプ制御電圧発生回路１５の出力電
圧値を制御してクランプ電圧の絶対値を例えば１／ｎに
設定する。

【００３３】図２は図１におけるクランプ制御電圧発生
回路１５と増幅回路１６と調整部１７の具体的な構成例
図である。ＤＡ変換器１５１には、図７，８に示すよう
な所定のクランプ電圧Ｖ_ＣＰを発生させるように設定さ
れたデジタル信号ＳＤ_ＣＰが入力される。ＤＡ変換器１
５１の出力端子と共通電位点間には、抵抗１５２〜１５
４の抵抗直列回路が接続されている。抵抗直列回路を構
成する各抵抗の接続点には、調整部１７により選択的に
オンオフ駆動されるスイッチ１５５〜１５７がそれぞれ
接続されている。

【００３４】これら抵抗１５２〜１５４およびスイッチ
１５５〜１５７は、減衰回路を構成するものであり、ス
イッチ１５５〜１５７の選択駆動に応じて以下のような
電圧Ｖ_ＯＵＴを出力する。なおこれら抵抗１５２〜１５
４の抵抗値をそれぞれｒ１５２〜ｒ１５４とする。 ＜スイッチ１５５をオンした場合＞ Ｖ_ＯＵＴ＝Ｖ_ＣＰ ＜スイッチ１５６をオンした場合＞ Ｖ_ＯＵＴ＝Ｖ_ＣＰ（ｒ１５３＋ｒ１５４）／（ｒ１５２
＋ｒ１５３＋ｒ１５４） ＜スイッチ１５７をオンした場合＞ Ｖ_ＯＵＴ＝Ｖ_ＣＰ（ｒ１５４）／（ｒ１５２＋ｒ１５３
＋ｒ１５４）

【００３５】ここで、ｒ１５２＝２ｋΩ、ｒ１５３＝１
ｋΩ、ｒ１５４＝１ｋΩとすると、 ＜スイッチ１５５をオンした場合＞ Ｖ_ＯＵＴ＝Ｖ_ＣＰ ＜スイッチ１５６をオンした場合＞ Ｖ_ＯＵＴ＝Ｖ_ＣＰ／２ ＜スイッチ１５７をオンした場合＞ Ｖ_ＯＵＴ＝Ｖ_ＣＰ／４ になる。

【００３６】増幅回路１６は、演算増幅器１６１と抵抗
１６２〜１６４の抵抗直列回路とスイッチ１６５〜１６
７とで構成されている。抵抗直列回路は演算増幅器１６
１の出力端子と共通電位点間に接続されている。スイッ
チ１６５〜１６７は調整部１７により選択的にオンオフ
駆動されるものであり、抵抗直列回路を構成する各抵抗
の接続点と演算増幅器１６１の反転入力端子間に接続さ
れている。

【００３７】これら抵抗１６２〜１６４およびスイッチ
１６５〜１６７は、演算増幅器１６１の増幅率ｎを設定
するものであり、演算増幅器１６１の増幅率ｎはスイッ
チ１６５〜１６７の選択駆動に応じて以下のようにな
る。なおこれら抵抗１６２〜１６４の抵抗値をそれぞれ
ｒ１６２〜ｒ１６４とする。 ＜スイッチ１６５をオンした場合＞ ｎ＝１ ＜スイッチ１６６をオンした場合＞ ｎ＝（ｒ１６２＋ｒ１６３＋ｒ１６４）／（ｒ１６３＋
ｒ１６４） ＜スイッチ１６７をオンした場合＞ ｎ＝（ｒ１６２＋ｒ１６３＋ｒ１６４）／（ｒ１６４）

【００３８】ここで、ｒ１６２＝２ｋΩ、ｒ１６３＝１
ｋΩ、ｒ１６４＝１ｋΩとすると、 ＜スイッチ１６５をオンした場合＞ ｎ＝１ ＜スイッチ１６６をオンした場合＞ ｎ＝２ ＜スイッチ１６７をオンした場合＞ ｎ＝４ になる。

【００３９】調整部１７は、スイッチ１５５〜１５７と
１６５〜１６７を同時に選択的にオンオフする。ここで
抵抗１５２〜１５４および１６２〜１６４がそれぞれ前
述の抵抗値とすると、 ＜スイッチ１５５，１６５をオンした場合＞ Ｖ_ＯＵＴ＝Ｖ_ＣＰ，ｎ＝１ ＜スイッチ１５６，１６６をオンした場合＞ Ｖ_ＯＵＴ＝Ｖ_ＣＰ／２，ｎ＝２ ＜スイッチ１５７，１６７をオンした場合＞ Ｖ_ＯＵＴ＝Ｖ_ＣＰ／４，ｎ＝４ となる。

【００４０】なおこのような調整部１７の設定制御は、
測定者が手動で行うようにしてもよいし、増幅回路１６
の出力信号を調整部１７に取り込んで自動設定させるよ
うにしてもよい。

【００４１】図３は図１の動作説明図であり、図７，８
と共通する部分には同一の符号を付けている。図３
（Ａ）において、特性Ｖ_ｃ６は弱い入射光強度の光が入
射した時の蓄積素子電圧Ｖ_ｃの時間変化を示し、特性Ｖ
_ｃ７は比較的強い入射光強度の光が入射してクランプ回
路１４が働く場合の蓄積素子電圧Ｖ_ｃの時間変化を示し
ている。

【００４２】クランプ電圧Ｖ_ＣＰは時間とともに変化す
るが、その絶対値は増幅回路１６の電圧増幅率をｎとす
ると１／ｎになるように設定されている。図３の例で
は、ｎ＝４である。図７，８のクランプ電圧に対しても
１／ｎになる。

【００４３】図３（Ｂ）において、入射光強度対出力電
圧特性ＩＳＶに着目すると、入射光強度がＩＳ_５で弱い
場合はクランプされずにそのまま出力されるが、入射光
強度がＩＳ_６で比較的強い場合はクランプされる結果圧
縮され、飽和電圧Ｖ_ＳＴ以下に押さえられてダイナミッ
クレンジが広がることになる。

【００４４】これにより、特性Ｖ_ｃ７に示すような比較
的強い入射光強度の光が入射された場合にはクランプさ
れることになり、終わりの露出時刻ｔ_３における出力電
圧はその絶対値が飽和電圧Ｖ_ＳＴ以下に押さえられるこ
とからダイナミックレンジは広がることになる。すなわ
ち、増幅回路１６の増幅率ｎを上げて高感度に設定して
も図８のようにダイナミックレンジが狭まることはな
く、広いダイナミックレンジが得られる。

【００４５】なお、上記実施例では、クランプ電圧Ｖ
_ＣＰを、増幅回路１６の増幅率ｎに対して１／ｎになる
ように設定しているが、使用される場面に応じて最適な
関数を設定することが可能である。例えば、 クランプ電圧Ｖ_OUT＝（ａ／ｎ）×Ｖ_ＣＰ＋ｃ ａ，ｃ：定数 でもよい。

【００４６】ここで、これら定数ａ，ｃは、例えば次の
ようにして選定する。なお、便宜上、図７を用いて説明
する。まず、図７において、

【００４７】

【数１】

【００４８】とする。そして、入力光の強度ＩＳに着目
すると、

【００４９】

【数２】

【００５０】のとき、（3）式のようになり、

【００５１】

【数３】

【００５２】

【数４】

【００５３】

【００５４】のとき、（５）式のようになり、

【００５５】

【数５】

【００５６】

【数６】

【００５７】のとき、（７）式のようになり、

【００５８】

【数７】

【００５９】

【数８】

【００６０】のとき、（９）式のようになって飽和し、
撮影範囲外となる。

【００６１】

【数９】

【００６２】ここで、例えばｔ_０＝０，ｔ_１＝１５ｍ
ｓ，ｔ_２＝２５ｍｓ，ｔ_３＝３０ｍｓ，Ｖ_ＣＰ１＝０．
７５Ｖ，Ｖ_ＣＰ２＝１．５Ｖ，Ｖ_ＳＴ＝３Ｖとすると、
（１）式の第１項は０．０５Ｖ／ｍｓになり、第２項は
０．０７５Ｖ／ｍｓになり、第３項は０．３Ｖ／ｍｓに
なる。

【００６３】増幅回路１６の増幅率ｎ＝１のとき、強度
の異なる3つの入射光 ＩＳ_１０＝０．０２Ｖ／ｍｓ ＩＳ_１１＝０．０５Ｖ／ｍｓ ＩＳ_１２＝０．１８Ｖ／ｍｓ についてそれぞれの出力電圧Ｖを考察する。

【００６４】＜ＩＳ_１０＝０．０２Ｖ／ｍｓ＞（２）式
の条件を満たすので、（３）式より、 Ｖ＝ＩＳ_１０×ｔ_３＝０．０２Ｖ／ｍｓ×３０ｍｓ＝
０．６Ｖ になり、

【００６５】＜ＩＳ_１１＝０．０５Ｖ／ｍｓ＞（４）式
の条件を満たすので、（５）式より、 Ｖ＝Ｖ_ＣＰ１＋ＩＳ_１１×（ｔ_３−ｔ_１） ＝０．７５Ｖ＋０．０５／ｍｓ×（３０ｍｓ−１５ｍｓ） ＝１．５Ｖ になり、

【００６６】＜ＩＳ_１２＝０．１８Ｖ／ｍｓ＞（６）式
の条件を満たすので、（７）式より、 Ｖ＝Ｖ_ＣＰ２＋ＩＳ_１２×（ｔ_３−ｔ_２） ＝１．５Ｖ＋０．１８Ｖ／ｍｓ×（３０ｍｓ−２５ｍｓ） ＝２．４Ｖ になる。

【００６７】増幅回路１６の増幅率をｎとし、クランプ
電圧Ｖ_ＯＵＴを

【００６８】

【数１０】

【００６９】に設定すると、入射光強度ＩＳと出力電圧
Ｖの関係は以下のようになる。すなわち、入射光強度Ｉ
Ｓが（１１）式のとき、出力電圧Ｖは（１２）式のよう
になり、

【００７０】

【数１１】

【００７１】

【数１２】

【００７２】入射光強度ＩＳが（１３）式のとき、出力
電圧Ｖは（１４）式のようになり、

【００７３】

【数１３】

【００７４】

【数１４】

【００７５】入射光強度ＩＳが（１５）式のとき、出力
電圧Ｖは（１６）式のようになり、

【００７６】

【数１５】

【００７７】

【数１６】

【００７８】入射光強度ＩＳが（１７）式のとき、出力
電圧Ｖは（１８）式のようになって飽和し、撮影範囲外
となる。

【００７９】

【数１７】

【００８０】

【数１８】

【００８１】次に、増幅回路１６の増幅率ｎ＞１の場合
について、強度の異なる3つの入射光ＩＳ_１３，ＩＳ
_１４，ＩＳ_１５についてそれぞれの出力電圧Ｖを考察す
る。なおＩＳ_１３は（１１）式を満たし、ＩＳ_１４は
（１３）式を満たし、ＩＳ_１５は（１５）式を満たすも
のとする。

【００８２】そして、ＩＳ_１３の出力電圧がＶ_ＳＡＴの
２０％（０．２Ｖ_ＳＡＴ）になり、ＩＳ_１４の出力電圧
がＶ_ＳＡＴの５０％（０．５Ｖ_ＳＡＴ）になり、ＩＳ
_１５の出力電圧がＶ_ＳＡＴの８０％（０．８Ｖ_ＳＡＴ）
になるように、ｎ，ａ，ｃを選定する。

【００８３】（１４）式より、

【００８４】

【数１９】

【００８５】の関係が成立し、（１６）式より、

【００８６】

【数２０】

【００８７】の関係が成立する。これら（１９），（２
０）式から（２１），（２２）式を導き、ａとｃを求め
る。

【００８８】

【数２１】

【００８９】

【数２２】

【００９０】さらに、強度の異なる3つの入射光ＩＳ
_１３，ＩＳ_１４，ＩＳ_１５の強度が、それぞれ ＩＳ_１３＝ＩＳ_１０／４＝０．０２／４＝０．００５Ｖ
／ｍｓ ＩＳ_１４＝ＩＳ_１１／４＝０．０５／４＝０．０１２５
Ｖ／ｍｓ ＩＳ_１５＝ＩＳ_１２／４＝０．１８／４＝０．０４５Ｖ
／ｍｓ の場合について説明する。

【００９１】なおこの場合も、ＩＳ_１３の出力電圧がＶ
_ＳＡＴの２０％（０．２Ｖ_ＳＡＴ）になり、ＩＳ_１４の
出力電圧がＶ_ＳＡＴの５０％（０．５Ｖ_ＳＡＴ）にな
り、ＩＳ_１５の出力電圧がＶ_ＳＡＴの８０％（０．８Ｖ
_ＳＡＴ）になるようなｎ，ａ，ｃを求めるものとする。

【００９２】（１２）式より、

【００９３】

【数２３】

【００９４】（２１），（２２）式から、それぞれ ａ＝１ ｃ＝０ が求められる。

【００９５】なお入射光ＩＳ_１４，ＩＳ_１５の強度がＩ
Ｓ_１１，ＩＳ_１２の１／４ではない ＩＳ_１３＝０．００５Ｖ／ｍｓ ＩＳ_１４＝０．０１３Ｖ／ｍｓ ＩＳ_１５＝０．０４０Ｖ／ｍｓ の場合は、（１２），（２１），（２２）式より、それ
ぞれ ｎ＝４ ａ＝１．１７３ ｃ＝−０．０４ が求められる。

【００９６】図４は、本発明装置において、感度を高感
度と低感度に切り換えた場合の入射光強度対出力電圧特
性例図であり、横軸に入射光強度ＩＳを示し、縦軸に出
力電圧Ｖを示している。高感度の入射光強度対出力電圧
特性ＩＳＶ−ＨＳと低感度の入射光強度対出力電圧特性
ＩＳＶ−ＬＳから明らかなように、いずれの感度に変え
ても高ダイナミックレンジを保つことができる。

【００９７】このように構成することにより、例えば可
視光を撮影する場合、日中の明るい環境下においては明
暗差が大きい対象物を広ダイナミックレンジで撮影でき
るとともに、夜間の暗い環境下で出力信号を増幅するた
めの増幅回路１６を接続してもダイナミックレンジが狭
くなることはなく、例えば道路を走行する自動車のヘッ
ドライト光と車両の輪郭の両者を撮影する場合にはヘッ
ドライト光を抑圧できるので自動車の輪郭も鮮明に撮影
できる。

【００９８】図５は本発明の他の実施の形態例図であ
り、クランプ制御電圧発生回路１５の他の具体的な構成
を示す。シフトレジスタ１５８には、所定のクランプ電
圧Ｖ_{Ｃ Ｐ}を発生させるように設定されたデジタル信号Ｓ
Ｄ_ＣＰが入力される。このシフトレジスタ１５８の出力
データはＤＡ変換器１５１に入力され、所定のクランプ
電圧Ｖ_ＣＰが変換出力される。

【００９９】シフトレジスタ１５８のビットをシフトさ
せない状態では、あるクランプ電圧Ｖ_ＣＰに対応したデ
ジタルコードがＤＡ変換器１５１に送られ、ＤＡ変換器
１５１の出力電圧Ｖ_OUTはクランプ電圧Ｖ_ＣＰと等しく
なる。

【０１００】シフトレジスタ１５８がＬＳＢ方向に１ビ
ットシフトされると、クランプ電圧Ｖ_ＣＰに対応したデ
ジタルコードもＬＳＢ方向に１ビットシフトされたもの
がＤＡ変換器１５１に送られ、ＤＡ変換器１５１の出力
電圧Ｖ_OUTはクランプ電圧Ｖ _ＣＰの１／２の値と等しく
なる。

【０１０１】シフトレジスタ１５８がＬＳＢ方向に２ビ
ットシフトされると、クランプ電圧Ｖ_ＣＰに対応したデ
ジタルコードもＬＳＢ方向に２ビットシフトされたもの
がＤＡ変換器１５１に送られ、ＤＡ変換器１５１の出力
電圧Ｖ_OUTはクランプ電圧Ｖ _ＣＰの１／４の値と等しく
なる。

【０１０２】調整部１７は、シフトレジスタ１５８のシ
フト方向とビットの制御と増幅回路１６の増幅率の設定
を同時に行う。例えばシフトレジスタ１５８のＬＳＢ方
向へのシフトビット数が０の場合は増幅回路１６の増幅
率ｎを１倍にし、シフトレジスタ１５８のＬＳＢ方向へ
のシフトビット数が１の場合は増幅回路１６の増幅率ｎ
を２倍にし、シフトレジスタ１５８のＬＳＢ方向へのシ
フトビット数が２の場合は増幅回路１６の増幅率ｎを４
倍にする。

【０１０３】なおこのように構成される本発明の装置に
ついて、少なくとも変換素子１１と蓄積素子１２と読み
出し素子１３とリセット素子１５とクランプ回路１４を
ユニット化して複数のユニットを1次元に配置するとと
もにこれらのユニットを選択する選択回路と組み合わせ
ることにより、測定感度を変化させた場合であっても広
いダイナミックレンジが得られる複数のユニットよりな
る電磁波センサアレイが得られる。

【０１０４】また、少なくとも変換素子１１と蓄積素子
１２と読み出し素子１３とリセット素子１５とクランプ
回路１４をユニット化して複数のユニットを２次元に配
置するとともにこれらのユニットを選択する選択回路と
組み合わせることにより、測定感度を変化させた場合で
あっても広いダイナミックレンジが得られる複数のユニ
ットよりなる平面状の電磁波センサアレイが得られる。

【０１０５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
比較的簡単な構成で、高感度設定時でも広ダイナミック
レンジ特性が得られる可変感度電磁波検出装置が実現で
き、各種カメラやＸ線検出用などの電磁波センサとして
好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態例を示す構成図である。

【図２】図１におけるクランプ制御電圧発生回路１５と
増幅回路１６と調整部１７の具体的な構成例図である。

【図３】図１の動作説明図である。

【図４】感度を高感度と低感度に切り換えた場合の入射
光強度対出力電圧特性例図である。

【図５】本発明の他の実施の形態例図である。

【図６】従来の電磁波検出装置の一例を示す構成図であ
る。

【図７】図６の動作説明図である。

【図８】図７の動作説明図のうちの入射光強度が弱い場
合の説明図である。

【符号の説明】

１１ 変換素子 １２ 蓄積素子 １３ 読み出し素子 １４ クランプ回路 １５ クランプ制御電圧発生回路（リセット素子） １５１ ＤＡ変換器 １５２〜１５４ 抵抗 １５５〜１５７ スイッチ １５８ シフトレジスタ １６ 増幅回路 １６１ 演算増幅器 １６２〜１６４ 抵抗 １６５〜１６７ スイッチ １７ 調整部

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G065 AA06 AB04 BA06 BA09 BA33 BA34 BA40 BC03 BC10 BC22 BC33 BC40 BE08 DA18 5C024 AX01 CX43 GX03 HX10 HX18 HX23 HX44 5F049 MA01 NA20 NB05 UA01 UA05 UA13 UA20 WA03

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】測定電磁波を変換素子で電荷に変換して蓄
   積素子に蓄積し、この蓄積素子に蓄積された電荷を所定
   の電圧に制限するクランプ回路を介して増幅回路に出力
   するように構成された電磁波検出装置において、 測定電磁波の強弱に応じて前記クランプ回路の制限電圧
   と増幅回路の増幅率を連動して変化させる調整部を有
   し、高感度設定状態で広ダイナミックレンジが得られる
   ことを特徴とする可変感度電磁波検出装置。
2. 【請求項２】入射した電磁波を電荷に変換する変換素子
   と、 この変換素子から変換出力される電荷を蓄積する蓄積素
   子と、 この蓄積素子に蓄積された電荷を予め設定された時間後
   に読み出す読み出し素子と、 一端が前記蓄積素子に接続され、リセット制御端子にオ
   ン電圧が印加されて前記蓄積素子にリセット電位を与え
   るリセット素子と、 可変設定されるクランプ制御電圧に応じて前記蓄積素子
   の電圧の絶対値が設定値以上になることを制限するクラ
   ンプ回路と、 前記蓄積素子にクランプ制御電圧を印加するクランプ制
   御電圧発生回路と、 前記読み出し用素子の出力端子に接続された増幅率が可
   変の増幅回路と、 測定電磁波の強弱に応じて前記クランプ回路の制限電圧
   と増幅回路の増幅率を連動して変化させる調整部とで構
   成され、 高感度設定状態で広ダイナミックレンジが得られること
   を特徴とする可変感度電磁波検出装置。
3. 【請求項３】前記調整部は、前記可変感度電磁波検出装
   置の出力電圧に応じて、入射電磁波が強いときには前記
   増幅回路の増幅率を下げて、入射電磁波が弱いときには
   前記増幅回路の増幅率を上げることにより、適正露出を
   得ることを特徴とする請求項１または請求項２記載の可
   変感度電磁波検出装置。
4. 【請求項４】少なくとも前記変換素子と蓄積素子と読み
   出し素子とリセット素子とクランプ回路がユニット化さ
   れ、複数のユニットが1次元に配置されたことを特徴と
   する請求項１または請求項２記載の可変感度電磁波検出
   装置。
5. 【請求項５】少なくとも前記変換素子と蓄積素子と読み
   出し素子とリセット素子とクランプ回路がユニット化さ
   れ、複数のユニットが２次元に配置されたことを特徴と
   する請求項１または請求項２記載の可変感度電磁波検出
   装置。